DIODO SEMICONDUCTOR Y CONDICIONES DE POLARIZACIÓN

El diodo semiconductor, tiene demasiadas y numerosas aplicaciones que son difíciles de mencionar en su totalidad. El diodo se crea uniendo un material tipo $n$ a un material tipo $p$, nada más que eso; sólo la unión de un material con un portador mayoritario de electrones a uno con un portador mayoritario de huecos. La simplicidad básica de su construcción refuerza la importancia del desarrollo de esta área de estado sólido.

Sin polarización aplicada $(Vo=0V)$

En el momento en que los dos materiales se “unen”, los electrones y los huecos en la región de la unión se combinan y provocan una carencia de portadores libres en la región próxima a la unión, como se muestra en la figura de abajo. Observe que las únicas partículas mostradas en esta región son los iones positivos y negativos que quedan una vez que los portadores libres han sido absorbidos.

Esta región de iones positivos y negativos revelados se llama región de “empobrecimiento”, debido a la disminución de portadores libres en la región. 

Si se conectan cables conductores a los extremos de cada material, se produce un dispositivo de dos terminales, como se muestra en las figura. Se dispone entonces de tres opciones: sin polarización, polarización en directa y polarización en inversa. El término polarización se refiere a la aplicación de un voltaje externo a través de las dos terminales del dispositivo para extraer una respuesta. La condición mostrada en las figuras es la situación sin polarización porque no hay ningún voltaje externo aplicado. 

En la figura se proporciona el símbolo de un diodo semiconductor para mostrar su correspondencia con la unión $p-n$. Es evidente que el voltaje aplicado es de $0V$ (sin polarización) y la corriente resultante es de $0A$, casi como un resistor aislado. La ausencia de voltaje a través de un resistor produce una corriente cero a través de él. Incluso en este punto inicial del análisis es importante señalar la polaridad del voltaje a través del diodo y la dirección dada a la corriente.  Esas polaridades serán reconocidas como las polaridades definidas del diodo semiconductor. Si se aplica un voltaje a través del diodo cuya polaridad a través de él sea la mostrada en la figura de arriba, se considerará que el voltaje es positivo. A la inversa, el voltaje es negativo. Los mismos estándares se pueden aplicar a la dirección definida de la corriente.

En condiciones sin polarización, los portadores minoritarios (huecos) del material tipo $n$ localizados en la región de empobrecimiento pasarán de inmediato al material $p$. Cuanto más cerca de la unión esté el portador minoritario, mayor será la atracción de la capa de iones negativos y menor la oposición ofrecida por los iones positivos en la región de empobrecimiento del material tipo $n$.

Concluiremos, por consiguiente, que los portadores minoritarios del material tipo $n$ localizados en la región de empobrecimiento pasarán directamente al material tipo $p$. Los portadores mayoritarios (electrones) del material tipo $n$ deben vencer las fuerzas de atracción de la capa de iones positivos en el material tipo $n$ y el escudo de iones negativos en el material tipo $p$ para que emigren al área más allá de la región de empobrecimiento del material tipo $p$. Sin embargo, el número de portadores mayoritarios es tan grande en el material tipo $n$ que invariablemente habrá un menor número de portadores mayoritarios con suficiente energía cinética para que atraviesen la región de empobrecimiento hacia el material $p$. De nueva cuenta, se puede aplicar el mismo tipo de planteamiento a los portadores mayoritarios (huecos) del material tipo $p$. 

Condicion en Polarizacion Inversa $(Vo<0V)$

Si se aplica un potencial externo de $V$ volts a través de la unión $p-n$ con la terminal positiva conectada al material tipo $n$ y la negativa conectada al material tipo $p$ como se muestra en la figura.

El número de iones positivos revelados en la región de empobrecimiento del material tipo $n$ se incrementará por la gran cantidad de electrones libres atraídos por el potencial positivo del voltaje aplicado. Por las mismas razones, el número de iones negativos no revelados se incrementará en el material tipo $p$. El efecto neto, por consiguiente, es una mayor apertura de la región de empobrecimiento, la cual crea una barrera demasiado grande para que los portadores mayoritarios la puedan superar, por lo que el flujo de portadores mayoritarios se reduce efectivamente a cero, como se muestra en la imagen. Sin embargo, el número de portadores minoritarios que entran a la región de empobrecimiento no cambia, y se producen vectores de flujo de portadores minoritarios de la misma magnitud indicada en la imagen donde no se aplica voltaje. La corriente en condiciones de polarización en inversa se llama corriente de saturación en inversa y está representada por $Is$.

La corriente de saturación en inversa rara vez es de más de algunos microamperes, excepto en el caso de dispositivos de alta potencia. De hecho, en los últimos años su nivel, por lo general, se encuentra en el intervalo de los nanoamperes en dispositivos de silicio. El término saturación se deriva del hecho de que alcanza su nivel máximo con rapidez y que no cambia de manera significativa con los incrementos en el potencial de polarización en inversa, como se muestra en las características del diodo con $V_{D} < 0 V$. Las condiciones de polarización en inversa se ilustran en la figura de arriba para el símbolo de diodo y unión $p-n$. Observe, en particular, que la dirección de $I_{S}$ se opone a la flecha del símbolo. Observe también que el lado negativo del voltaje aplicado está conectado al material tipo $p$ y el lado positivo al material tipo $n$, y la diferencia indicada con las letras subrayadas por cada región revela una condición de polarización en inversa.

El tercer tipo de polarización se abordara en una pagina extra ya que es mas extensa